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DESA DE PHYSICO CHIMIE DES MATERIAUX

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Présentation au sujet: "DESA DE PHYSICO CHIMIE DES MATERIAUX"— Transcription de la présentation:

1 DESA DE PHYSICO CHIMIE DES MATERIAUX
UNIVERSITE HASSAN II MOHAMMEDIA FACULTE DES SCENCES BEN-MSIK CASABLANCA DEPARTEMENT DE CHIMIE STRUCTURES GEOMETRIQUES ET ADSORPTION DE PETITS AGREGATS DU CUIVRE SUR UNE SURFACE (111) Rapport préparé par : BENJALAL YOUNESS Pour obtenir le Diplôme des Études Supérieures Approfondies DESA DE PHYSICO CHIMIE DES MATERIAUX

2 Ce travail a été effectué dans le cadre d’une collaboration entre:
Le Laboratoire de Chimie des Matériaux Solides (LCMS). Le Laboratoire de Chimie Quantique et Spectroscopie Moléculaire (LCQSM). Le Groupe des Nano-Sciences (GNS) du Centre d’Élaboration des Matériaux et d’Études Structurales (CEMES). DESA DE PHYSICO CHIMIE DES MATERIAUX SOLIDES Y. BENJALAL

3 Objectifs: hexa-tert-butyl-hexaphenylbenzène Y. BENJALAL Collaboration
CEMES- FUB Berlin L. Gross et al., Nature Materials. 4, (2005) DESA DE PHYSICO CHIMIE DES MATERIAUX SOLIDES Y. BENJALAL

4 “Aspiration” d’une ligne d’atomes de cuivre adsorbés sur Cu(111)
Objectifs: “Aspiration” d’une ligne d’atomes de cuivre adsorbés sur Cu(111) Jusqu’à 6 atomes capturés L. Gross et al., Nature Materials 4, (2005) DESA DE PHYSICO CHIMIE DES MATERIAUX SOLIDES Y. BENJALAL

5 Objectifs: La détermination des différentes étapes de la croissance de l’agrégat de cuivre (n≤17). La détermination des structures optimales d’agrégats de cuivre sur une surface de cuivre (111) (n≤8). DESA DE PHYSICO CHIMIE DES MATERIAUX SOLIDES Y. BENJALAL

6 Plan: Introduction Méthode de calcul et méthode d’optimisation
Structures des agrégats isolés L’adsorption d’agrégats sur une surface de cuivre (111) Conclusion DESA DE PHYSICO CHIMIE DES MATERIAUX SOLIDES Y. BENJALAL

7 Introduction: Les agrégats métalliques de toutes tailles résultent d’un assemblage d’atomes en phase gazeuse dans des conditions expérimentales bien déterminées. On parle d’agrégats à partir de trois atomes, des exemples simples de ces agrégats sont ceux que forment les groupes IA, IB avec comme tête de série Li3, Na3, et K3 pour les alcalins, Cu3, Ag3, et Au3 pour les métaux de transition. La coordinance des atomes de ces agrégats diffère de leur coordinance usuelle que l’on retrouve dans le bloc de métal ou dans les molécules. Il y a des nouvelles propriétés. DESA DE PHYSICO CHIMIE DES MATERIAUX SOLIDES Y. BENJALAL

8 Méthode de calcul La méthode consiste à calculer l’énergie de cohésion à partir d’un potentiel d’interaction empirique. Potentiel de Sutton-Chen: Gdf répulsive attractive DESA DE PHYSICO CHIMIE DES MATERIAUX SOLIDES Y. BENJALAL

9 Méthode d’optimisation
Il existe deux grandes catégories de méthodes d’optimisation: les méthodes locales et les méthodes non locales. Pour les méthode locales, il n’y a aucune possibilité de franchir des cols pour passer d’une zone de la surface de potentiel à une autre (méthode de Powell). Les méthodes non-locales permettent une exploration plus large de l’espace des conformations puisqu’elles permettent de franchir des barrières énergétiques. Il s’agit des algorithmes génétiques (AG). DESA DE PHYSICO CHIMIE DES MATERIAUX SOLIDES Y. BENJALAL

10 Méthode d’optimisation
Principe général des AG DESA DE PHYSICO CHIMIE DES MATERIAUX SOLIDES Y. BENJALAL

11 Méthode d’optimisation
Principe général des algorithmes génétiques On définit un ensemble d’agrégats (population) de structures aléatoires, On calcule l’énergie potentielle de chaque agrégat (individu codé en binaire) On fabrique ensuite une roue du hasard truquée où chaque individu a une probabilité de reproduction d’autant plus forte que son énergie est basse, Une nouvelle génération est créée par reproduction selon le principe de croisement, On peut introduire des mutations dans le phénotype de chaque individu, On garde le meilleur individu et on recommence avec une nouvelle génération (évolution selon la théorie de Darwin). Principe de croisement Principe de mutation DESA DE PHYSICO CHIMIE DES MATERIAUX SOLIDES Y. BENJALAL

12 Structure des agrégats isolés
Potentiel entre deux atomes : r Cu2 Dooh r=2.09 Å E= E/ε Courbe de potentiel de type Sutton-Chen de l’état fondamental du système Cu2 DESA DE PHYSICO CHIMIE DES MATERIAUX SOLIDES Y. BENJALAL

13 Structure des agrégats isolés
Cu7 D5h Cu6 Oh E= E/ε Cu8 D2d E= E/ε E= E/ε Cu9 C2v Cu5 D3h E= E/ε E= E/ε Cu4 Td Cu2 Dooh Cu3 D3h E= E/ε E= E/ε E= E/ε Cu10 C 3v E= E/ε Cu13 Ih Cu12 C5v Cu11 C2v E= E/ε E= E/ε E= E/ε DESA DE PHYSICO CHIMIE DES MATERIAUX SOLIDES Y. BENJALAL

14 Structure des agrégats isolés
Cu14 C3v Cu15 C2v E= E/ε E= E/ε Cu16 Cs Cu17 C2 E= E/ε E= E/ε DESA DE PHYSICO CHIMIE DES MATERIAUX SOLIDES Y. BENJALAL

15 Structure des agrégats isolés
` L’énergie par atome en fonction du nombre d’atome de chaque agrégat DESA DE PHYSICO CHIMIE DES MATERIAUX SOLIDES Y. BENJALAL

16 Structure des agrégats isolés
Mesure de la stabilité de l’agrégat: Cu13 Ih E/ε Évolution de E(N+1)+E(N-1)-2E(N) en fonction de N DESA DE PHYSICO CHIMIE DES MATERIAUX SOLIDES Y. BENJALAL

17 Structure des agrégats isolés
Structures planes et linéaires: Cu2 Dooh Cu3 D3h E= E/ε E= E/ε Cu3 Dooh Cu4 E= E/ε C2v Cu4 Dooh Cu4 D2h Cu4 D4h E= E/ε E= E/ε E= E/ε E= E/ε Cu5 Dooh Cu5 C2v E= E/ε E= E/ε Cu6 Dooh E= E/ε Cu7 Dooh Cu6 C2v Cu7 D6h E= E/ε E= E/ε E= E/ε DESA DE PHYSICO CHIMIE DES MATERIAUX SOLIDES Y. BENJALAL

18 L’adsorption d’agrégats métalliques sur une surface de cuivre
Description de la surface: Le cuivre est un métal noble de structure cristallographique cubique face centrée. La surface (111) présente une symétrie triangulaire. La distance inter-atomique sur la surface est 2.55 Å et la distance entre les plans atomiques est 2.08 Å. 2.55Å DESA DE PHYSICO CHIMIE DES MATERIAUX SOLIDES Y. BENJALAL

19 L’adsorption d’agrégats métalliques sur une surface de cuivre
Définition de l’énergie d’adsorption: L’énergie totale du système surface-agrégat: L’énergie d’adsorption : DESA DE PHYSICO CHIMIE DES MATERIAUX SOLIDES Y. BENJALAL

20 Approximations: L’agrégat ne perturbe pas la structure cristalline de la surface considérée comme infinie. La seconde approximation consiste en l’introduction d’un rayon de coupure rc dans le calcul de l’énergie. DESA DE PHYSICO CHIMIE DES MATERIAUX SOLIDES Y. BENJALAL

21 Énergie d’adsorption d’un atome de cuivre
Énergie d’adsorption d’un atome de cuivre en fonction de son altitude z en Å par rapport a la surface, au dessus de chacun des sites (a), (b) et (c). b a EA(E/ε) Site a b c EA(E/ε) -230 -223 -194 Z(Å) 1.86 1.93 2.21 Z(Å) DESA DE PHYSICO CHIMIE DES MATERIAUX SOLIDES Y. BENJALAL

22 L’adsorption d’agrégats métalliques sur une surface de cuivre
Énergie d’adsorption de Cu2 : c b a EA= -75 E/ε EA= E/ε EA= -333 E/ε r=1.74 Å r=2.55 Å r=2.94 Å Structures et énergies d’adsorption de Cu2 sur Cu(111) DESA DE PHYSICO CHIMIE DES MATERIAUX SOLIDES Y. BENJALAL

23 L’adsorption d’agrégats métalliques sur une surface de cuivre
b EA= -499 E/ε EA= -424 E/ε EA= -464 E/ε EA= -322 E/ε r1=2.55 Å r=2.55 Å r=2.55 Å r=2.55 Å r2 =2.94 Å e EA= -506 E/ε r=2.55 Å Structures et énergies d’adsorption de Cu4 sur Cu (111) DESA DE PHYSICO CHIMIE DES MATERIAUX SOLIDES Y. BENJALAL

24 DESA DE PHYSICO CHIMIE DES MATERIAUX SOLIDES
Y. BENJALAL

25 Conclusion: La première partie de notre étude, sur les structures des agrégats isolés, a permis de confirmer la validité du potentiel de Sutton-Chen dés que l’agrégat contient plus de six atomes. Nous avons montré que les AG sont apparus efficaces pour déterminer les structures optimales et calculer l’énergie de cohésion à la quatrième décimale prés. Cependant, il faut coupler cette méthode avec une minimisation locale pour affiner les structures. Dans la deuxième partie, on a montré que les structures optimales des agrégats sur une surface (111) sont linéaires. DESA DE PHYSICO CHIMIE DES MATERIAUX SOLIDES Y. BENJALAL

26 Perspectives: Ajout de la molécule : nouvelles interactions entre mol/surf et mol/agr Simulation complète du système : introduction de la pointe STM DESA DE PHYSICO CHIMIE DES MATERIAUX SOLIDES Y. BENJALAL

27 Remerciements: Xavier Bouju chargé de recherche au CEMES-CNRS (Encadrant). Mohamed Hliwa ( Encadrant). Mes professeurs de l’UFR Sciences des Matériaux Solides: Monsieur Abdelaziz Eljazouli Membres du jury: Monsieurs Mohamed Radid, Abdeslam Elbouari, DESA DE PHYSICO CHIMIE DES MATERIAUX SOLIDES Y. BENJALAL

28 L’adsorption d’agrégats métalliques sur une surface de cuivre
Énergie d’adsorption de Cu3 : EA= -393 E/ε EA= -343 E/ε EA= -225 E/ε r=2.55 Å r=2.55 Å r1 =2.55 Å r2 =1.74 Å Structures et énergies d’adsorption de Cu3 sur Cu(111) DESA DE PHYSICO CHIMIE DES MATERIAUX SOLIDES Y. BENJALAL


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